肖業(yè)祥，郭 豹，張 瑾，梁權(quán)偉，劉 潔

（1．清華大學(xué)水沙科學(xué)與水利水電工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 & 能源與動(dòng)力工程系，北京市 100084；2．東方電氣東方電機(jī)有限公司研究試驗(yàn)中心，四川省德陽(yáng)市 618000；3．中國(guó)長(zhǎng)江三峽集團(tuán)有限公司機(jī)電技術(shù)中心，四川省成都市 610095）

0 引言

我國(guó)西南地區(qū)水電技術(shù)可開(kāi)發(fā)裝機(jī)容量為44982萬(wàn)kW，約占全國(guó)的68%，該地區(qū)水力資源主要以高水頭資源為主，開(kāi)發(fā)潛力巨大[1]，但受諸多不利條件影響，開(kāi)發(fā)難度大。沖擊式水輪機(jī)的應(yīng)用水頭范圍非常寬，在30～3000m內(nèi)均可適用，也是一種適合中高水頭電站的重要機(jī)型，有望在我國(guó)西南地區(qū)的高水頭水力資源開(kāi)發(fā)中發(fā)揮重要作用[2]。此外，在抽水蓄能機(jī)組的應(yīng)用中，也有著采用沖擊式水輪機(jī)三機(jī)式方案的電站——西藏羊卓雍湖抽水蓄能電站[3]。采用沖擊式水輪機(jī)三機(jī)式方案的優(yōu)點(diǎn)較為明顯：①可適用更高水頭條件；②可以“水力短路”運(yùn)行，即用水輪機(jī)的出力對(duì)水泵入力進(jìn)行補(bǔ)償，使水泵工況實(shí)現(xiàn)入力可調(diào)；③工況轉(zhuǎn)換和負(fù)荷響應(yīng)速度比常規(guī)可逆式機(jī)組更高。近年來(lái)，沖擊式水輪機(jī)也被應(yīng)用于反滲透式海水淡化裝置的余壓能回收一體機(jī)中，節(jié)能效果明顯[4]。

沖擊式水輪機(jī)中，水流經(jīng)噴射機(jī)構(gòu)后加速出射，在大氣環(huán)境中短時(shí)間經(jīng)過(guò)后，噴入曲率急劇變化的水斗表面，并快速?gòu)乃妨鞒?。在上述流?dòng)過(guò)程內(nèi)，存在著復(fù)雜的水氣兩相流動(dòng)；當(dāng)流動(dòng)含沙時(shí)，其內(nèi)部流動(dòng)特性會(huì)變得更為復(fù)雜，泥沙顆粒在水氣兩相流作用下會(huì)與噴射機(jī)構(gòu)和水斗壁面發(fā)生劇烈的碰撞，從而導(dǎo)致相應(yīng)過(guò)流部件的泥沙磨損[5]。

在沖擊式水輪機(jī)的含沙三相流動(dòng)特性方面，宋文武等[6]對(duì)泥沙顆粒在沖擊式水輪機(jī)水斗的流動(dòng)過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值研究，定性分析了泥沙粒徑、濃度等參數(shù)對(duì)水斗表面磨損程度的影響。近些年來(lái)，葛新峰等[7]對(duì)沖擊式水輪機(jī)噴射機(jī)構(gòu)的泥沙磨損特性進(jìn)行了數(shù)值和試驗(yàn)研究，探討了粒徑和濃度對(duì)磨損特性的影響。肖業(yè)祥等[8-9]對(duì)沖擊式機(jī)組的噴射機(jī)構(gòu)及水斗內(nèi)部的含沙流動(dòng)特性進(jìn)行研究，分析了泥沙顆粒在其內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，而磨損的預(yù)測(cè)結(jié)果也與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)取得了定性的一致。Leguizamon[10]基于拉格朗日方法發(fā)展了沖擊式水輪機(jī)的含沙三相流動(dòng)模擬方法，并通過(guò)實(shí)測(cè)的磨損值對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了間接的驗(yàn)證。Bajracharya等[11]對(duì)Chilime電站機(jī)組進(jìn)行了長(zhǎng)期泥沙磨損跟蹤測(cè)量分析，給出了過(guò)流部件磨損量與機(jī)組效率下降間的量化關(guān)系。Padhy等[12]在沖擊式水輪機(jī)模型試驗(yàn)裝置中，對(duì)水斗磨損情況與效率間的關(guān)系也進(jìn)行了分析。Felix等[13]對(duì)HPP Fieschertal電站磨損的水斗進(jìn)行跟蹤測(cè)量，記錄了在不同磨損程度下機(jī)組的水力性能參數(shù)。Rai等[14]對(duì)水斗的磨損特性進(jìn)行了模型試驗(yàn)和真機(jī)跟蹤實(shí)測(cè)分析，系統(tǒng)地研究了水斗表面的泥沙磨損特性。

本文采用數(shù)值方法，預(yù)測(cè)了沖擊式水輪機(jī)內(nèi)的水氣沙三相非定常流動(dòng)過(guò)程，分析了泥沙顆粒的運(yùn)動(dòng)特性及其與流體的分離機(jī)制；通過(guò)綜合分析沖擊角度、次數(shù)以及相對(duì)速度的變化，對(duì)旋轉(zhuǎn)水斗的泥沙磨損特性進(jìn)行了定性的預(yù)測(cè)，與實(shí)測(cè)磨損結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。開(kāi)展沖擊式水輪機(jī)的泥沙磨損特性預(yù)估研究，對(duì)于提升裝置運(yùn)行穩(wěn)定性具有重要意義。

1 計(jì)算模型與數(shù)值方法

1.1 機(jī)組模型與運(yùn)行參數(shù)

本文以轉(zhuǎn)輪水斗數(shù)為19枚的沖擊式水輪機(jī)為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)運(yùn)行水頭456m，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速500r/min，額定出力3.73MW，單位轉(zhuǎn)速n11為41r/min。根據(jù)從噴射機(jī)構(gòu)到轉(zhuǎn)輪整體的幾何結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和參數(shù)，建立了如圖1所示的三維流場(chǎng)計(jì)算模型。計(jì)算域整體被劃分為4個(gè)區(qū)域，分別為噴射機(jī)構(gòu)、射流域、靜止域和轉(zhuǎn)輪域。

圖1 數(shù)值計(jì)算三維模型Figure 1 Computational simulation model

1.2 計(jì)算網(wǎng)格

網(wǎng)格的劃分和布局對(duì)計(jì)算結(jié)果影響較大，首先對(duì)網(wǎng)格的無(wú)關(guān)性進(jìn)行了驗(yàn)證分析，本文最終確定的整體模型網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)約為1500萬(wàn)，如圖2所示[9]。由于幾何模型較為復(fù)雜，計(jì)算域的大部分區(qū)域采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，少部分區(qū)域如射流自由出流段采用了結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。除此之外，還重點(diǎn)對(duì)射流的水氣交界面附近以及水斗表面網(wǎng)格進(jìn)行了局部加密，用以準(zhǔn)確地捕捉射流輪廓以及模擬旋轉(zhuǎn)水斗內(nèi)表面上的流動(dòng)形態(tài)。

圖2 數(shù)值計(jì)算整體網(wǎng)格Figure 2 Mesh for the computational domains

1.3 邊界條件與計(jì)算設(shè)置

計(jì)算域的入口設(shè)置在噴射機(jī)構(gòu)入口處，根據(jù)設(shè)計(jì)水頭設(shè)置總壓入流條件，泥沙顆粒也從該入口流入；靜止域表面和靠近水斗根部區(qū)域的表面設(shè)置為靜壓出口；所有固定壁面給定無(wú)滑移的邊界條件。采用交界面的設(shè)置來(lái)連接不同的計(jì)算域，動(dòng)靜交界面間采用滑移網(wǎng)格技術(shù)連接。采用非定常數(shù)值計(jì)算，即流體和顆粒的模擬都隨時(shí)間步長(zhǎng)的增加而向前推進(jìn)。非定常計(jì)算的時(shí)間步長(zhǎng)設(shè)置為7.89×10-5s。顆粒非定常運(yùn)動(dòng)軌跡的計(jì)算則在每個(gè)流體時(shí)間步完成后進(jìn)行，即對(duì)應(yīng)流體時(shí)間計(jì)算完成后，基于完成后的流場(chǎng)進(jìn)行顆粒運(yùn)動(dòng)的耦合計(jì)算。

整個(gè)流動(dòng)過(guò)程中包含水—?dú)狻橙?，?shù)值計(jì)算時(shí)將水—?dú)鈨上嘁暈檫B續(xù)相，采用基于歐拉方法的VOF法模擬；由于沙粒的體積分?jǐn)?shù)較低，故將其視為離散相，采用拉格朗日方法對(duì)它的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行追蹤。在連續(xù)相模擬中，采用不可壓縮流體假設(shè)和雷諾時(shí)均的方法模擬水氣兩相的流動(dòng)，湍流模型選擇SST-CC模型，數(shù)值計(jì)算方法采用Couple算法，選取二階迎風(fēng)格式。

1.4 磨損預(yù)估模型

根據(jù)電站在汛期3個(gè)月的泥沙實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，過(guò)機(jī)泥沙的平均濃度為1.31 kg/m3，過(guò)機(jī)泥沙顆粒粒徑范圍在0.001～0.23mm之間，粒徑分布通過(guò)Rosin-Rammler方法進(jìn)行擬合[8]，并植入Fluent進(jìn)行計(jì)算。磨損速率可以用質(zhì)量損失率描述，即給定時(shí)間內(nèi)由于顆粒撞擊導(dǎo)致的靶材體積或質(zhì)量減少量。本文采用Mansouri[15]基于沙?！讳P鋼沖擊試驗(yàn)所確定的磨損預(yù)估模型，該模型借鑒了Oka建立的沖擊角度函數(shù)（磨損速率與沖擊角度的關(guān)系），以確定不同沖擊角度下磨損速率的相對(duì)值[16]。

2 噴射機(jī)構(gòu)的預(yù)測(cè)結(jié)果與分析

2.1 分析截面的選取

為分析泥沙顆粒在不同過(guò)流部件內(nèi)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，在沿流動(dòng)方向的四個(gè)位置上選取了四個(gè)分析截面，具體位置如圖3（a）所示，圖中坐標(biāo)0點(diǎn)為噴射機(jī)構(gòu)出口位置；另選取了噴射機(jī)構(gòu)0°和45°位置上的兩個(gè)軸面作為分析截面，如圖3（b）所示，并采用截面附近±5mm的空間用以表示對(duì)應(yīng)截面的顆粒分布，篩選范圍如圖3（b）中虛線所示。

圖3 流動(dòng)分析截面的選取Figure 3 Location of flow behavior sections

2.2 含沙三相流動(dòng)特性

圖4（a）、（b）中給出了0°和45°兩個(gè)截面的流體速率分布圖，兩個(gè)截面上的噴針尖端附近都出現(xiàn)了一個(gè)明顯的低速區(qū)，這是由于噴針表面持續(xù)發(fā)展的邊界層導(dǎo)致的；針尖低速區(qū)也影響了自由射流區(qū)的速度分布，即射流中心的速度也相對(duì)較低，但沿著流動(dòng)方向，這種影響在逐漸減弱，射流在遠(yuǎn)離噴針尖部區(qū)域的速度均勻性有所提高。還可以發(fā)現(xiàn)，在尖端低速區(qū)的作用下，噴針尖端也形成了局部的高壓區(qū)，如圖4（c）、（d）所示。圖4（e）、（f）為粒徑1.1e-4m的顆粒在兩個(gè)不同截面上的分布情況，而兩圖中顆粒分布情況近似一致，因此可認(rèn)為，顆粒在噴射機(jī)構(gòu)和射流不同角度軸截面中的分布均無(wú)明顯差異，沿周向的分布較為對(duì)稱。

圖4 噴射機(jī)構(gòu)的射流與泥沙分布Figure 4 Flow and sediment distribution of the injector and jet

噴射機(jī)構(gòu)及射流中主流的運(yùn)動(dòng)特性在很大程度上決定了顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡，而垂直主流方向的速度則會(huì)影響顆粒相對(duì)壁面的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，是影響磨損特性的重要因素。將流體和顆粒速度投影到如圖3（a）所示的徑向截面上，得到噴射機(jī)構(gòu)收縮段和自由射流段不同截面上的含沙三相流動(dòng)狀態(tài)，如圖5所示。每個(gè)截面的流態(tài)分布圖中，左側(cè)為顆粒的分布，顏色刻度表征截面上速度分量的大?。挥覀?cè)為截面上流速投影分量的流線圖，描述垂直主流方向上的二次流。

由圖5（a）、（b）可見(jiàn)，沿流動(dòng)方向，噴射機(jī)構(gòu)內(nèi)流體垂直于流向的速度分量在逐漸增大。這主要是噴射機(jī)構(gòu)內(nèi)收縮流道使壓力能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能導(dǎo)致的，說(shuō)明噴射機(jī)構(gòu)流道的收縮不僅會(huì)引起主流方向速度的提高，也會(huì)增加垂直主流方向的流動(dòng)速度。還可發(fā)現(xiàn)，由于導(dǎo)流板的存在，在肋板的正下游處形成了明顯的二次流現(xiàn)象，這些區(qū)域的流線存在不同程度的彎曲，截面內(nèi)的速度分量也出現(xiàn)一定程度的增加。這種二次流現(xiàn)象在-2d0截面處最為明顯，而在-d0截面處，由于軸向速度較大，該現(xiàn)象雖表現(xiàn)得不明顯，但其強(qiáng)度仍然很高。

圖5（c）、（d）給出了自由射流區(qū)不同截面上的投影速度分布。圖中可見(jiàn)，在四個(gè)導(dǎo)流板的下游方向，卡門渦導(dǎo)致的二次流仍然在發(fā)展；由于空氣持續(xù)地被卷入射流，這種二次流效應(yīng)表現(xiàn)得更為明顯，在每個(gè)導(dǎo)流板對(duì)應(yīng)區(qū)域都出現(xiàn)了較大尺度的旋渦團(tuán)，且這些旋渦會(huì)隨時(shí)間變化而交替發(fā)展變化。流速在二次流發(fā)展的區(qū)域仍然較高，但速度的最大值沿著流動(dòng)方向（d0→2d0）在下降，這說(shuō)明二次流的強(qiáng)度有所減弱。在導(dǎo)流板引起二次流的下游區(qū)域，顆粒垂直于流向的分量速度仍然較大，說(shuō)明此時(shí)顆粒仍受二次流的影響。

圖5 沿流向不同截面的流態(tài)與顆粒分布（Dp=1.1e-4m）Figure 5 Flow and sediment distribution at different sections along the flow direction

2.3 噴射機(jī)構(gòu)的磨損特性

根據(jù)數(shù)值計(jì)算結(jié)果，通過(guò)綜合分析噴射機(jī)構(gòu)中噴嘴與噴針表面的泥沙沖擊角度、沖擊次數(shù)以及相對(duì)速度等變量的分布，得到噴射機(jī)構(gòu)表面的磨損形態(tài)分布，并與文獻(xiàn)實(shí)測(cè)的磨損結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析，如圖6所示。其中，圖6（a）、（b）為預(yù)測(cè)的磨損分布，圖6（c）、（d）為文獻(xiàn)中的磨損形態(tài)照片。數(shù)值預(yù)測(cè)的噴針和噴嘴磨損結(jié)果顯示，噴針表面的磨損集中在出口附近，且受上游導(dǎo)流板的影響，磨損量沿周向分布不均，存在四個(gè)沿流向的條狀嚴(yán)重磨損區(qū)域；噴嘴的磨損現(xiàn)象也集中出現(xiàn)于出口附近的頸部，且其磨損程度顯著高于噴針表面，其分布沿周向相對(duì)較為均勻。通過(guò)對(duì)比數(shù)值預(yù)測(cè)結(jié)果和實(shí)際情況，預(yù)測(cè)的噴針與噴嘴表面的磨損形態(tài)與實(shí)測(cè)的部位較為吻合。

圖6 噴射機(jī)構(gòu)磨損特性的對(duì)比分析Figure 6 Comparative analysis of the injector sediment abrasion

3 旋轉(zhuǎn)水斗的預(yù)測(cè)結(jié)果與分析

沖擊式水輪機(jī)水流經(jīng)噴射機(jī)構(gòu)加速后，形成集束性較強(qiáng)的自由射流并流入旋轉(zhuǎn)的水斗而做功。在進(jìn)入水斗前，流體主要受到靜止的噴射機(jī)構(gòu)作用，可近似認(rèn)為是定常流動(dòng)；而進(jìn)入水斗后由于水斗的旋轉(zhuǎn)，射流在水斗內(nèi)部為帶有移動(dòng)自由邊界的水膜流，表現(xiàn)出強(qiáng)烈的非定常特性。數(shù)值計(jì)算分析時(shí)，選擇水斗分水刃剛接觸到射流時(shí)為起始時(shí)間步，以此時(shí)水斗的位置為初始位置，以此位置為基準(zhǔn)定義水斗旋轉(zhuǎn)角θB，如圖7（a）所示。圖7（b）給出了水斗在接收射流的過(guò)程中，其相對(duì)扭矩隨水斗旋轉(zhuǎn)角的變化。隨著水斗旋轉(zhuǎn)角的增大，射流逐漸噴入水斗做功后全部流出，其扭矩先增大后減小為0，呈類拋物線形狀，本計(jì)算工況下，單枚水斗在接收射流做功的一個(gè)周期內(nèi)，轉(zhuǎn)輪約旋轉(zhuǎn)80°。

圖7 水斗旋轉(zhuǎn)角θB與相對(duì)扭矩Figure 7 Bucket rotation angle θB and relative torque

3.1 非定常流動(dòng)特性

射流進(jìn)入旋轉(zhuǎn)水斗形成具有自由表面和移動(dòng)邊界的光滑水膜流。隨著轉(zhuǎn)輪的旋轉(zhuǎn)，這種水膜流覆蓋的區(qū)域?qū)l(fā)生明顯的變化。當(dāng)該流動(dòng)挾帶泥沙顆粒時(shí)，在水膜流的作用下，沙粒的運(yùn)動(dòng)軌跡也將發(fā)生明顯的變化，同樣表現(xiàn)出強(qiáng)烈的非定常特征。圖8中分別給出了在不同的水斗旋轉(zhuǎn)角/位置下，水斗內(nèi)表面的流態(tài)分布。射流噴入水斗后的流動(dòng)大致經(jīng)歷三個(gè)階段，圖8（a）～（c）分別選取了這三個(gè)階段的典型位置進(jìn)行分析。A位置的開(kāi)始階段，射流經(jīng)分水刃流入表面，形成水膜并改變運(yùn)動(dòng)方向流向水斗側(cè)邊，這一階段射流能不受阻擋地進(jìn)入水斗，且流量逐漸增大。B位置的中間階段，射流與分水刃近乎垂直，水膜幾乎充滿水斗表面，完整的射流持續(xù)噴入水斗且流量近乎不變，但進(jìn)入水斗射流的尾部已開(kāi)始被下一水斗切割。C位置的后期階段，部分不完整的射流噴入水斗，進(jìn)入的流量逐漸減小，水膜在水斗表面的覆蓋面積也逐漸減小，直至最后一滴水從水斗完全流出。

圖8 旋轉(zhuǎn)水斗內(nèi)的流態(tài)發(fā)展過(guò)程Figure 8 The flow process in the rotating bucket

圖9中分別為水斗在三個(gè)不同位置表面顆粒與流態(tài)的分布，圖左側(cè)為泥沙顆粒的分布，右側(cè)為水膜流態(tài)。與水膜流的演變相似，顆粒分布的形狀也經(jīng)歷了先擴(kuò)大，然后覆蓋大部分水斗表面并保持一段時(shí)間，最后因水膜的逐漸流出而減小的過(guò)程。在進(jìn)入水斗前，顆粒隨射流高速流動(dòng)，當(dāng)射流接觸水斗并以水膜的形式擴(kuò)散時(shí)，這些顆粒也會(huì)逐漸分散開(kāi)來(lái)。圖9（a）顯示，在水膜的擴(kuò)散過(guò)程中，泥沙顆粒有向水斗的根部迅速擴(kuò)散的趨勢(shì)。第二階段從圖9（b）可見(jiàn)，水膜覆蓋了水斗表面，在靠近水斗出水邊，顆粒出現(xiàn)了富集的現(xiàn)象，這主要是由于水斗曲率較大，局部離心力過(guò)大導(dǎo)致的。此外，在此過(guò)程中，泥沙顆粒在水斗出水邊靠近根部區(qū)域較尖部更密集一些。在C位置的水膜萎縮階段，如圖9（c）所示，顆粒較均勻地分布在水斗表面，與B位置相比，顆粒向水斗出水邊尖部區(qū)域擴(kuò)散的趨勢(shì)更為顯著。

圖9 水斗內(nèi)部顆粒分布Figure 9 Particle distribution in the bucket

3.2 泥沙磨損特性預(yù)測(cè)

影響水斗表面磨損特性的因素主要有顆粒的沖擊次數(shù)、沖擊速度和沖擊角度等。在數(shù)值模擬的過(guò)程中，這些變量均可采用自定義函數(shù)來(lái)記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。圖10（a）～（c）中分別為預(yù)測(cè)的顆粒沖擊次數(shù)、平均沖擊角度和平均沖擊速度。由于水斗磨損是一個(gè)比較短暫的過(guò)程，因此將顆粒的沖擊次數(shù)取為一個(gè)累積值，并隨著水斗的旋轉(zhuǎn)而單調(diào)增加。圖10中可見(jiàn)，在靠近根部的水斗出水邊區(qū)域，顆粒的累計(jì)沖擊次數(shù)最大，沿水斗出水邊從根部到尖部沖擊次數(shù)逐漸減小，靠近尖部的水斗內(nèi)面的沖擊次數(shù)較小。水斗出水邊區(qū)域的平均沖擊角度比較大，尤其是靠近水斗尖部的區(qū)域，沿水斗出水邊向分水刃的方向，平均沖擊角度會(huì)逐漸變?。活w粒平均沖擊速度在水斗中間區(qū)域較大，尤其是靠近水斗尖部的區(qū)域，但相對(duì)于累計(jì)沖擊次數(shù)和平均沖擊角度，平均沖擊速度分布相對(duì)較為均勻。

圖10 預(yù)測(cè)的水斗表面泥沙沖擊特性分布Figure 10 Predicted distribution of impact characteristics of sand on the surface of bucket

綜合考慮泥沙沖擊個(gè)參數(shù)的影響，預(yù)測(cè)了旋轉(zhuǎn)水斗表面的泥沙磨損分布，如圖11（a）所示?？傮w上來(lái)說(shuō)，水斗的主要磨損區(qū)域，分布在分水刃處、水斗切口邊以及水斗靠近根部的出水邊，這與文獻(xiàn)中現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的結(jié)果較為相似，如圖11（b）所示。水斗表面的磨損分布與沖擊次數(shù)分布最為接近，這表明顆粒沖擊次數(shù)對(duì)水斗磨損影響最大，在大多數(shù)區(qū)域顆粒沖擊次數(shù)在水斗磨損模式中起著更大的作用。

圖11 實(shí)測(cè)與預(yù)測(cè)的水斗磨損特性對(duì)比Figure 11 Comparison of measured and predicted bucket abrasion characteristics

4 結(jié)論

本文采用數(shù)值計(jì)算方法，研究了沖擊式水輪機(jī)從噴射機(jī)構(gòu)至旋轉(zhuǎn)水斗內(nèi)部全過(guò)程的水—?dú)狻橙嗔鲃?dòng)特性，并預(yù)測(cè)了噴射機(jī)構(gòu)和水斗表面的泥沙磨損情況。主要結(jié)論如下：

（1）發(fā)展了一種適合沖擊式水輪機(jī)內(nèi)水—?dú)狻扯嘞嗔鲃?dòng)計(jì)算的數(shù)值方法，該方法結(jié)合VOF和DPM模型，將水氣處理為連續(xù)相，沙粒處理為離散相，能較為準(zhǔn)確預(yù)測(cè)靜止的噴射機(jī)構(gòu)以及旋轉(zhuǎn)的水斗內(nèi)部的三相流動(dòng)特性。

（2）噴射機(jī)構(gòu)中的四個(gè)導(dǎo)流板對(duì)射流形態(tài)及泥沙的運(yùn)動(dòng)影響較大，從而影響泥沙磨損部位的分布；噴射機(jī)構(gòu)磨損嚴(yán)重的部位主要集中在噴嘴頸部，其次是噴針表面；受上游導(dǎo)流板的影響，噴針表面有四道沿流向的條狀嚴(yán)重磨損區(qū)域。

（3）射流進(jìn)入旋轉(zhuǎn)水斗形成具有自由表面和移動(dòng)邊界的光滑水膜流，當(dāng)挾帶泥沙顆粒時(shí)，在水膜流的作用下，沙粒的運(yùn)動(dòng)軌跡也隨水膜流動(dòng)而擴(kuò)散?？紤]泥沙顆粒的沖擊次數(shù)、沖擊速度和沖擊角度等影響因素，預(yù)測(cè)了水斗表面的泥沙磨損分布，與文獻(xiàn)中的實(shí)測(cè)分布較為相似；更為準(zhǔn)確的磨損預(yù)估還需考慮更充分的影響因素，包括沙粒物性、實(shí)際流態(tài)與材質(zhì)等。